KR20180001474U - 공급원으로부터 유래하는 가스의 가용 유동의 함수로서 압축기의 속도를 제어하기 위한 제어기와, 이러한 제어기를 포함하는 압축기 - Google Patents

공급원으로부터 유래하는 가스의 가용 유동의 함수로서 압축기의 속도를 제어하기 위한 제어기와, 이러한 제어기를 포함하는 압축기 Download PDF

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아틀라스 캅코 에어파워, 남로체 벤누트삽
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Abstract

제어기(7)를 이용하여 압축기(4)의 속도(n)를 가용 가스 유동(Q)의 함수로서 제어하는 방법은: - 입구 압력(pin)에 대한 목표값(pset)을 설정하는 단계; - 입구 압력(pin)을 결정하는 단계; - 속도(n)를 결정하는 단계; - 상기 입구 압력(pin)이 상기 설정된 목표값(pset)과 같을 때까지, 상기 입구 압력(pin)이 상기 설정된 목표값(pset)보다 작은 것이지 큰 것인지에 따라 상기 속도를 감소시키거나 또는 증가시키는 것을 통해, 압축기(4)의 속도(n)를 제어하는 단계; - SER 및/또는 효율과 관련된 압축기(4)의 특성 데이터를, 속도(n) 및 입구 압력(pin)의 함수로서 제공하는 단계; - 상기 특성 데이터에 기초하여 입구 압력(pin)의 목표값(pset)을 조정하는 단계로서, 이러한 방식으로 조정된 입구 압력(pin)의 목표값(pset)에서 상기 속도(n)의 제어를 한 후에, 압축기의 효율이 최대이거나, 또는 SER이 최저인 것인 단계를 포함한다. 제어기에 상기 방법이 적용되고, 압축기는 제어기를 포함한다.

Description

공급원의 가용 가스 유동의 함수로서 압축기의 속도를 조절하기 위한 방법과, 이러한 방법이 적용된 조절부
본 고안은 공급원으로부터 유래하는 가용 가스 유동의 함수로서 압축기의 속도를 제어하기 위한 방법과, 이러한 방법이 적용된 제어기 및 압축기에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 고안은 스크류 압축기를 대상으로 하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
스크류 압축기의 높은 신뢰성으로 인해, 스크류 압축기는 대개, 바이오가스 생산, 천연가스 추출, CNG 용례, 식품 산업 및 비료 산업을 위한 CO2 공급, 수소 공급 및 유사한 용례의 섹터 등과 같이, 가스가 생성되거나 추출되는, 산업의 섹터들에 사용된다.
공급원으로부터 유래하는 가스의 가용 유동은 대개 매우 가변적이고, 바이오가스를 생산하는 경우에는, 하류의 사용자들의 네트워크에 공급하기 위하여, 통상적으로 18 bara 이하로 압축될 필요가 있다.
물론, 의도하는 바는, 공급원으로부터 하류의 네트워크에 최대 가용 유동을 공급할 수 있는 것이어야 하지만, 압축기는 입구에서의 허용 압력에 관하여 제한을 갖고 있는데, 이 허용 압력은 설계에 따라 예를 들어 1 bara 내지 4 bara로 제한된다.
압축되는 가용 가스 유동이 서로 다른 상기한 용례들에서 압축기를 제어하기 위한 여러 방법들이 이미 알려져 있다.
예를 들어, 고정된 속도를 갖는 압축기에 대해서는, 가용 유동이 공칭 기대값 밑으로 떨어지거나 기대값 위로 상승할 때, 압축기를 스위치 온/오프하는, 제1 방법이 알려져 있다. 고정된 속도를 갖는 압축기의 경우, 가용 유동이 너무 낮을 때, 압축기를 우회하기 위해, 우회부를 작동시키는 것도 또한 알려져 있다. 빈번한 스위치 온/오프는 압축기의 수명에 부정적인 영향을 미친다.
이와 같이 제어가 제한되어, 모든 상황에서 가장 에너지-효율적인 제어를 셋업할 수 있는 가능성을 갖지 못함은 물론이다.
또한, 이와 같이 고정된 속도를 이용한 제어에서, 가용 가스 유동이 전술한 공칭값 위로 상승할 때, 입구 압력이 그 최대 허용값에 도달하기까지, 입구 압력은 상승할 것이다. 이 경우에 가용 유동이 더 증가하면, 입구 압력이 더 상승하는 것을 막도록 상기의 제어를 이용하여 측정값을 취하여야 하며, 이에 따라 상기한 측정값은 항상 에너지 손실을 수반한다. 게다가, 결과적으로 가스 공급원의 생산 능력은 압축기에 의해 제한된다.
제2 공지의 방법이, VSD(가변 속도 구동) 압축기로도 알려진, 제어 가능한 가변 속도를 갖는 압축기를 이용한다.
이러한 제2 방법은 이하의 단계들을 포함한다:
- 압축기의 입구에서의 입구 압력에 대한 목표값을 도입하는 단계;
- 압축기의 입구에서의 입구 압력을 결정하는 단계;
- 압축기의 속도를 결정하는 단계;
- 상기 입구 압력이 상기 설정된 목표값과 같을 때까지, 상기 입구 압력이 상기 입구 압력의 목표값보다 작은 경우에는 상기 속도를 감소시키거나, 또는 상기 입구 압력이 상기 설정된 입구 압력의 목표값보다 큰 경우에는 상기 속도를 증가시키는 것을 통해, 압축기의 속도를 제어하는 단계.
이러한 방법에 의하면, 상기 가용 가스 유동이 압축기의 특정 속도에서 증가할 때, 압축기의 입구에서의 입구 압력도 또한 증가한다. 전술한 입구 압력의 함수로서 속도를 제어하는 것은, 입구 압력이 상기 설정된 목표값의 레벨로 회복될 때까지 속도가 증가하는 것을 보장할 것이다. 속도의 증가로 인해, 증가된 가용 가스 유동이 압축기에 의해 완전히 압축될 것이고 네크워크에 공급될 것이다. 가용 가스 유동의 감소의 경우에, 동일한 논리를 역으로 따를 수 있다.
이러한 공지의 방법은, 압축기 속도의 도입 최소 한계와 최대 한계 내에서, 가스 공급원의 최대 생산성이 항상 보장될 수 있도록, 전체 가용 유동이 항상 네트워크에 공급/판매될 수 있음을 보장한다는 이점을 제공한다.
속도의 제어를 이용한 상기 제2 방법의 추가적인 이점은, 가용 가스 유동이 낮은 수준인 상태에서, 압축기에 공급된 동력은 가스 유동의 압축 용량에 대응하며, 이에 따라 압축기에 공급된 모든 에너지는 압축에 유효하게 이용되고, 이에 따라 귀중한 에너지가 손실되지 않는다는 것이다.
다른 이점은, 속도의 연속 제어에 의해, 압축기를 빈번하게 스위치 온/오프해야 하는 것이 방지된다는 것인데, 이는 압축기의 수명에 유익한 것이다.
그러나, 압축기 효율과 관련하여, 또는 압축기에 공급된 동력 대 공급된 압축 가스 유동의 비로서 예를 들어 주울/노르말 리터로 표현되는 ‘SER’(비(比) 에너지 요구량)과 관련하여 나타내어질 수 있는, 압축기의 최대 소비 효율을, 제어기가 고려하지 않으면서, 제어기가 항상 속도를 설정된 입구 압력의 함수로서 제어하고 입구 압력을 설정된 값으로 유지하기 위해 노력할 것이라는 단점이 있다.
특히, 설정된 입구 압력에 대한 제어로 압축기의 최대 허용 속도에 도달할 때, 압축기는 매우 비효율적으로 작동할 것인데, 이는 이러한 경우에 가용 가스 유동의 증가에 의해, 압축기가 상기 최대 허용 속도로 계속 작동하게 되어 입구 압력이 그 최대 허용값까지 상승할 것이기 때문이다.
본 고안은 전술한 단점과 그 밖의 단점들 중의 하나 이상에 대한 해결책을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 고안은 전술한 제2 방법에 대응하는 방법에 관한 것이지만, 본 고안에 따른 방법은 하기의 추가적인 단계들을 포함한다:
- SER(비 에너지 요구랑) 및/또는 효율과 관련된 압축기의 특성 데이터를, 속도 및 입구 압력의 함수로서 제공하는 단계;
- 상기 특성 데이터에 기초하여 입구 압력의 목표값을 조정하는 단계로서, 이러한 방식으로 조정된 입구 압력의 목표값에서 상기 속도 제어를 한 후에, 압축기의 효율이 최대이거나, 또는 SER이 최저인 것인 단계.
따라서, 이와 같이 본 고안에 따른 방법은, 네트워크에의 공급에 이용 가능한 가스 유동을 전체적으로 활용하는 것에 관한 공지의 방법의 장점을, 상기한 전체 가용 가스 유동을 압축하도록 압축기를 구동함에 있어서, 가장 효율적으로 에너지를 소비하는 것을 추구하는, 계속적인 목표와 결합한다.
본 고안에 따른 방법의 적용을 위해, 해당 압축기의 전술한 특성 데이터는 사전에, 예를 들어 생산 중에 또는 이미 설계 중에, 결정된 후, 제어기의 메모리에 로딩되는 것이 바람직할 수 있다.
특성 데이터를 사전에 알고 있지 않은 압축기의 경우에는, 압축기의 사용 중에 연속적인 정상 작동점에 대한 효율 및/또는 SER을 결정하고 이를 메모리에 상기 속도 및 입구 압력의 함수로서 저장함으로써, 상기한 데이터를 필요에 따라 그때그때 경험적으로 결정하는 것이 가능하다.
이는, 압축기의 통상적인 사용 중에, 압축기가 특정한 입구 압력 및 속도를 갖는 정상 상태에 도달할 때마다 SER을 결정한 후, 이를 새로운 정상 상태마다 메모리에서 로딩하거나 기존 데이터를 갱신함으로써, 수행될 수 있다.
이러한 방식으로, 압축기의 특성 데이터의 그래프 또는 표가 그때그때 작성되고 계속 갱신된다.
따라서, 메모리 내의 데이터가 효율 및 SER에 영향을 미치는 마모 및 다른 현상의 징후를 자동적으로 참작하도록, 제어기는 자체적으로 학습하는 것이다.
바람직하게는, 적어도 압축기를 시운전하는 동안에, 압축기의 전체 작동 영역에 걸쳐서, 해당 압축기의 특성 데이터가 결정되고 메모리에 저장된다.
바람직한 양태에 따르면, 상기 전체 작동 영역에 걸쳐서 해당 압축기의 특성 데이터를 결정하기 위하여, 상기 제어기에는, 각 작동점에 대한 속도 및 입구 압력의 대응 목표값을, 예를 들어 점증적으로 설정함으로써, 전술한 작동 영역 내의 서로 다른 작동점들에서 압축기가 연속적으로 작동하게 하는 프로그램이 제공되어 있다.
가스가 생성되는 산업 프로세스는 대개, 혹독하고 변화가 심한 조건과 씨름해야 할 필요가 있다. 이러한 용례들에서는, 효율적인 에너지 소비에 대해 관심을 갖기 보다는, 스크류 압축기 등과 같은 신뢰 가능한 압축기가 대개 선호된다. 본 고안 덕분에 이제는 또한, 상기한 타입의 압축기를, 그 신뢰성 때문 뿐만 아니라 그 효율적인 적용 가능성 때문에도 선택하는 것이 가능하다.
본 고안은 또한, 가스 공급원으로부터 유래하는 가용 가스 유동의 함수로서 압축기의 속도를 제어하기 위한 제어기로서, 본 고안에 따른 방법이 자율적으로 진행될 수 있게 하는 제어기에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 고안은 제어기로서:
- 압축기의 입구에서의 입구 압력(pin)을 나타내는 신호에 대한 입력;
- 압축기의 속도(n)를 나타내는 신호에 대한 입력;
- 상기 입구 압력(pin)에 대하여 설정되는 목표값(pset); 및
- 상기 입구 압력이 상기 설정된 목표값과 같을 때까지, 상기 입구 압력이 상기 입구 압력의 설정된 목표값보다 작은 경우에는 상기 속도(n)를 감소시키거나, 또는 상기 입구 압력이 상기 입구 압력의 설정된 목표값보다 큰 경우에는 상기 속도를 증가시키는 것을 통해, 압축기의 속도(n)를 제어하는 알고리즘
이 마련되어 있고, 상기 제어기에는 또한:
- 압축기의 SER(비 에너지 요구량) 및/또는 효율과 관련된 압축기의 특성 데이터가, 속도 및 입구 압력의 함수로서 저장되어 있거나 또는 저장될 수 있는 메모리; 및
- 상기 메모리 내의 상기 특성 데이터에 기초하여 상기 입구 압력의 상기 목표값을 조정하는 추가 알고리즘으로서, 이러한 방식으로 조정된 입구 압력의 목표값에서 상기 속도 제어를 한 후에, 압축기의 효율이 최대이거나, 또는 SER이 최저인 것인 추가 알고리즘이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 제어기에 관한 것이다.
바람직하게는, 압축기를 사용하는 동안에 해당 압축기의 상기 특성 데이터를 자동적으로 결정하고, 이를 그때그때 제어기의 메모리에 저장하는 알고리즘이 또한, 제어기에 마련되어 있다.
이는, 해당 압축기의 특성 데이터를 알지 못하여도, 또는 이러한 특성을 먼저 경험적으로 결정할 필요 없이도, 제어기가 임의의 압축기에 적용될 수 있다는 이점을 제공한다.
이를 위하여, 상기 제어기에는, 압축기에 공급되는 동력을 나타내는 신호에 대한 추가 입력이 제공되고, 이로써 상기 신호를 상기 알고리즘이 사용하여, 상기 효율 및/또는 SER을 결정하며 상기 특성 데이터와 함께 상기 속도 및 입구 압력의 함수로서 메모리에 저장할 수 있다.
선택적으로, 상기 제어기에는, 각 작동점에 대한 속도 및 입구 압력의 대응 목표값을, 예를 들어 점증적으로 설정함으로써, 압축기의 작동 영역 내의 서로 다른 연속적인 작동점들에서 압축기가 자율적으로 작동하게 하는 프로그램이 제공될 수 있다.
특성이 알려지지 않은 압축기를 시운전하는 경우, 이 시운전을 통해 압축기의 특성들을 본 고안에 따른 방법의 적용을 위해 매핑할 수 있게 된다.
물론, 본 고안은 또한, 본 고안에 따른 상기한 제어기가 마련되어 있는 압축기와, 특정 한계 내에서, 효율을 가능한 최고로 하거나 및/또는 SER을 가능한 최저로 하여, 공급원으로부터의 전체 가용 가스 유동을 하류의 사용자들의 네트워크에 공급할 수 있는 것을 지향하는, 가변 가용 유동을 갖는 공급원으로부터 유래하는 가스의 공급에 상기한 압축기를 사용하는 것에 관한 것이다.
본 고안의 특징을 보다 잘 보여주려는 의도로, 압축기의 속도를 가용 가스 유동의 함수로서 제어하기 위한 본 고안에 따른 방법과, 이러한 방법이 적용된 제어기 및 압축기의 몇몇 바람직한 용례들을, 첨부 도면을 참조로 하여 제한의 속성은 전혀 없는 예로서 이하에 기술하는데, 첨부 도면에서:
도 1은 소비자 네트워크에 공급되도록 바이오가스가 생산되는 산업 환경에 설치되어 있는 본 고안에 따른 압축기의 사시도를 개략적으로 보여주고;
도 2 내지 도 7은 도 1의 압축기의 특성 데이터에 관한 몇몇 단순화된 그래프를 보여주며;
도 8은 도 1에 도시된 것과 같은 배치 구성으로서, 본 고안에 따른 압축기의 변형의 실시형태를 갖는 배치 구성을 보여준다.
일례로서, 도 1은 가스의 공급원(1)을 바이오가스의 생산용 산업 설비(1)의 형태로 보여준다.
이러한 설비의 경우, 가스의 가용 생산량이 시간에 따라 변하고, 이에 따라 소비자들(3)의 네트워크(2)에 바이오가스를 공급하기 위한 가용 유동(Q)도 또한 변하는 것이 통상적이다.
물론, 바이오가스의 생산자가 의도하는 바는, 전체 가용 유동(Q)을 소비자들(3)에게 최대로 판매할 수 있는 것이다.
바이오가스를 공급하는 경우, 상기 바이오가스의 제1 압력이 증가되어야 하는데, 이 경우에는 속도(n)를 제어하기 위한 본 고안에 따른 제어기(7)가 마련되어 있고 모터(6)에 의해 가변 속도로 구동되는 압축기 요소(5)를 구비한 압축기(4)를 이용함으로써, 바이오가스의 제1 압력이 증가된다.
압축기 요소(5)는 예를 들어, 압축기 요소(5)의 작동 영역 내에 다양하게 도입되는 작동 체제들을 감안하여, 예를 들어 압축기 요소(50)에 대해 미리 경험적으로 작성된, 도 2 내지 도 7의 그래프들에 그 특성들이 매우 개략적으로 도시되어 있는 스크류 압축기이다.
상기한 작동 영역은, 최소 허용 속도(nmin) 및 최대 허용 속도(nmax)와, 압축기 요소(5)의 입구(8)에서의 최소 허용 입구 압력(pinmin) 및 최대 허용 입구 압력(pinmax)에 의해 경계가 정해지는데, 이를 감안하여 압축기 요소(5)가 설계된다.
도 2는, 전술한 작동 영역 내에서, 압축기 요소(5)의 특정 속도(n)마다 입구 압력(pin)의 함수로서 상기 유동(Q)의 작동 라인(9)을 보여주는 것으로, 이는 압축기 요소의 출구(10)에 있어서 일정한 출구 압력을 위한 것이다.
이것으로 미루어 본다면, 특정 속도(n)에서 유동(Q)은 입구 압력(pin)에 따라 증가하고, 특정 도입 입구 압력(pset)에서 유동(Q)은 속도(n)에 따라 증가한다.
동일한 압축기 요소(5)에 대해, 도 3은 입구 압력(pin) 및 유동(Q)의 함수로서 비 에너지 요구량(SER)의 그래프를 보여주는데, 이에 따르면 동심 링들(11)은 동일한 SER의 곡선들을 나타내고, SER은 중앙 링(11)에서부터 최외측 링(11)을 향해 감에 따라 증가한다.
SER은 입구 압력(pin)의 유동(Q)을 압축하기 위해 모터(6)에 의해 공급되어야 하는 필요 동력(P)인 것으로 표현되며, 예를 들어 주울/노르말 리터로 표현된다.
SER이 압축기 요소(5)의 효율에 반비례함은 물론이다.
도 4에서는, 도 2와 도 3의 두 그래프가 단일 도면에 통합되어 있다.
공지의 제어기에서, 압축기 요소(5)의 속도(n)는 아래의 절차를 통해, 공급원(1)으로부터 유래하는 가용 가스 유동(Q)의 함수로서 제어된다:
- 입구 압력에 대한 목표값, 예를 들어 도 4의 목표값(pset1)을 설정하는 절차, 및
- 상기 입구 압력(pin)이 상기 설정된 목표값(pset1)과 같을 때까지, 상기 입구 압력(pin)이 상기 설정된 목표값(pset1)보다 낮은 경우에는 상기 속도(n)를 감소시키거나, 또는 상기 입구 압력(pin)이 상기 설정된 목표값(pset1)보다 높은 경우에는 상기 속도(n)를 증가시킴으로써, 모터(6)의 속도(n)를 제어하는 절차.
이러한 방식으로, 가용 유동(Q)이 또한 네트워크(2)에 완전히 공급되는 것이 보장될 수 있다.
실제로, 유동(Q1), 속도(n1) 및 목표값(pset1)의 작동점(I)으로부터 시작하는 경우, 공급원(1)에 의해 공급된 가용 유동(Q)은 도 4에서 Q2로 증가되며, 예를 들어 입구 압력(pin)은 일정한 출구 압력을 위해 증가될 것이다.
이 경우, 전술한 공지의 제어기에 따르면, 상기 가용 유동과 동일한 보다 높은 유동(Q2)에서 새로운 정상 작동점(II)에 도달하도록, 속도(n)가 n2로 증가될 것이다.
소정의 가용 유동(Q1)에 대해, pset을 설정함으로써, 전술한 값들인 pinmin 및 pinmax과 극한 작동점들(Q1, pinmin 및 Q1, pinmax)을 통과하는 속도의 작동 라인들에 의해 경계가 정해진 평행사변형으로 도 4에서 획정되어 있는, 작동 영역이 중첩될 수 있다.
실제로, 공지의 스크류 압축기에서는, 입구 압력(pin)에 대해 2개의 목표값이, 예를 들어 도 4의 pset1 및 pset2가 설정된다.
이러한 목표값들의 경우, 도 4의 대응 SER이 최적의 것이 아니라는 점과, 입구 압력(pin)의 1개 또는 2개의 목표값의 함수로서 속도(n)를 제어하는 공지의 제어에 따르면, 최저 SER의 최적 조건들에서만 우연히 작동될 것이라는 점이 분명한 데, 이는 상기한 최적 조건들이 또한 가용 유동(Q)에 따라 좌우되기 때문이다.
본 고안은 전술한 바와 유사한 제어를 제공하지만, 상기 특성 데이터에 기초하여 입구 압력의 목표값(pset)이 조정된다는 점과, 이러한 방식으로 조정된 입구 압력의 목표값(pset)에서 상기 속도 제어를 한 후에, 압축기의 효율이 최대이거나, 또는 다시 말하자면 SER이 최저라는 점에서 차이가 있다.
도 4의 경우, 이와 같이 조정된 유동(Q1)에 대한 목표값이, 실제로 가용 유동(Q)의 함수인 최적의 목표값(popt)에 대응하다.
이러한 제어를 가능하게 하기 위해, 제어기(7)에는:
- 예를 들어 압축기(4)의 입구(8)에 있는 압력 센서(13)로부터 유래하는 입구 압력(pin)을 나타내는 신호에 대한 입력(12);
- 제어 가능한 가변 속도를 갖는 모터(6) 또는 압축기 요소(5)의 속도(n)를 나타내는 신호로서, 예를 들어 회전 속도계(15)로부터 유래하는 신호에 대한 입력(14);
- 도면부호 16에서 설정될 입구 압력(pin)에 대한 목표값(pset);
- 압축기 요소(5)의 목표 속도를 위한 제어 신호(nset)에 대한 출력(17);
- 상기 입구 압력(pin)이 상기 목표값(pset)과 같을 때까지, 상기 입구 압력(pin)이 상기 입구 압력(pin)의 목표값(pset)보다 낮은 경우에는 상기 속도(n)를 감소시키거나, 또는 상기 입구 압력(pin)이 상기 입구 압력의 목표값(pset)보다 높은 경우에는 상기 속도(n)를 증가시키는 것을 통해, 압축기 요소(5)의 속도(n)를 제어하는 알고리즘(18);
- 압축기의 특성 데이터가, 예를 들어 도 4의 그래프의 형태로 또는 표의 형태로 또는 공식의 형태로 저장되어 있는 메모리(19)로서; 상기 그래프는 메모리(19)에 사전에 저장되는 것이 바람직한 것인 메모리;
- 전술한 메모리(19) 내의 특성 데이터에 기초하여 상기 입구 압력의 목표값(pset)의 최적의 목표값(popt)을 결정하고, 이 최적의 목표값(popt)과 함께 상기 알고리즘(18)을 사용하여 속도(n)를 제어한 이후에, 압축기(4)가 최저 동력(P)을 소비하여 가용 가스 유동을 압축하며 이를 네트워크(2)에 공급하도록, 상기 최적의 목표값을 상응하게 조정하는 추가 알고리즘(20)이 마련되어 있다.
이러한 방식으로, 가스의 생산자는, 가스의 전체 가용 유동이 항상 네트워크(2)에 비(比)소비율을 최저로 하여 공급될 수 있음을 확신한다.
도 5 내지 도 7은 메모리(19)에 저장될 수 있는 압축기 요소(5)의 특성 데이터의 대안적인 또는 추가적인 형태를 보여준다. 이 경우에, 도 5에서는 상기한 특성 데이터가 입구 압력(pin) 및 속도(n)와 함께 다이어그램의 형태로 저장되어 있고, 도 6에서는 유동(Q)과 SER이 각각 일정한 작동 곡선이 도시되어 있으며, 도 7에서는 상기한 두 다이어그램이 단 하나의 다이어그램에 도시되어 있다.
SER 대신에, 효율도 또한 전술한 압축기 요소(5)의 특성 데이트의 일부를 형성할 수 있다.
특성 데이터를 미리 경험적으로 결정하거나 산출하는 대신에, 예를 들어 압축기(4)의 사용 중에 그때그때, 도 4의 상기한 특성 데이터를 결정하고 이를 메모리(19)에 그래프 또는 표의 형태로 저장하는, 자체-학습 지능형 제어기(7)가 사용될 수 있다.
이를 위하여, 제어기(7)에는 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 압축기를 사용하는 동안에 해당 압축기(4)의 SER 등과 같은 전술한 특성 데이터를 자동적으로 결정하고 이를 그때그때 제어기(6)의 메모리(19)에 저장하는, 제2 추가 알고리즘(21)이 구비될 수 있다.
이러한 점에서, 지능형 제어기(7)에는, 예를 들어 변환기(23)로부터 유래하는 압축기 요소(5)에 공급되는 동력(P)을 나타내는 신호에 대한 추가 입력(22)이 제공될 수 있고, 이로써 상기 신호를 상기 추가 알고리즘(21)이 사용하여, SER을 결정하며 이를 상기 특성 데이터와 함께 상기 속도(n) 및 입구 압력(pin)의 함수로서 메모리(19)에 저장한다.
이를 위하여, 상기 제2 추가 알고리즘(21)에서는, 각 작동점에 대한 속도 및 입구 압력의 대응 목표값을, 예를 들어 점증적으로 설정함으로써, 압축기의 작동 영역 내의 서로 다른 작동점들에서 압축기(4)가 연속적으로 작동할 수 있게 하는 프로그램이 통합될 수 있다.
상기 알고리즘(21)은 압축기(4)를 시운전할 때 한 번 사용될 수 있고, 그 후에는 변환기(23)를 제거할 수 있지만, 상기 알고리즘(21)은 또한, 예를 들어 마모가 SER에 미치는 영향을 고려하기 위하여, 메모리(19)의 특성 데이터를 연속적으로 갱신하도록, 압축기(4)의 수명 동안에 계속적으로 또는 때때로 사용될 수 있음은 물론이다.
본 고안은 주로 스크류 압축기에 적용 가능하지만, 기술된 방법과 이에 따라 적용된 지능형 제어기(7)도 또한 다른 타입의 압축기와 함께 사용될 수 있다.
본 고안은 예로서 기술되어 있고 도면에 도시되어 있는 실시형태들에 결코 제한되지 않지만, 압축기의 속도를 가용 가스 유동의 함수로서 제어하는 본 고안에 따른 상기한 방법과 이 방법이 적용된 제어기 및 압축기가, 본 고안의 범위에서 벗어나지 않은 다양한 변형례들에 따라 구현될 수 있다.

Claims (15)

  1. 압축기(4)의 속도(n)를 공급원(1)으로부터 유래하는 가용 가스 유동(Q)의 함수로서 제어하기 위한 방법으로서, 상기 압축기(4)에는 상기 속도(n)를 제어하기 위한 제어기(7)가 마련되어 있고, 상기 방법은:
    - 압축기(4)의 입구(8)에서의 입구 압력(pin)에 대한 목표값(pset)을 설정하는 단계;
    - 압축기(4)의 입구(8)에서의 입구 압력(pin)을 결정하는 단계;
    - 압축기(4)의 속도(n)를 결정하는 단계;
    - 상기 입구 압력(pin)이 상기 설정된 목표값(pset)과 같을 때까지, 상기 입구 압력(pin)이 상기 입구 압력(pin)의 설정된 목표값(pset)보다 작은 경우에는 상기 속도(n)를 감소시키거나, 또는 상기 입구 압력(pin)이 상기 입구 압력의 설정된 목표값(pset)보다 큰 경우에는 상기 속도(n)를 증가시키는 것을 통해, 압축기(4)의 속도(n)를 제어하는 단계;
    를 포함하고, 상기 방법은 하기의 추가적인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
    - SER(비 에너지 요구랑) 및/또는 효율과 관련된 압축기(4)의 특성 데이터를, 속도(n) 및 입구 압력(pin)의 함수로서 제공하는 단계;
    - 상기 특성 데이터에 기초하여 입구 압력(pin)의 목표값(pset)을 조정하는 단계로서, 이러한 방식으로 조정된 입구 압력(pin)의 목표값(pset)에서 상기 속도(n)의 제어를 한 후에, 압축기의 효율이 최대이거나, 또는 SER이 최저인 것인 단계.
  2. 제1항에 있어서, 해당 압축기(4)의 상기 특성 데이터가 사전에 결정되고 제어기(7)의 메모리(19)에 입력되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 해당 압축기(4)의 상기 특성 데이터가 압축기(4)의 사용 중에 자동적으로 결정되고, 제어기(7)의 메모리(19)에 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 압축기(4)를 사용하는 동안에 압축기(4)의 특성 데이터를 그때그때 결정하기 위해, 상기 효율 및/또는 SER이 연속적인 정상 작동점들에 대해 결정되고, 상기 속도(n) 및 입구 압력(pin)의 함수로서 상기 메모리(19)에 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 효율 및/또는 상기 SER을 결정하기 위해, 압축기(4)를 구동하도록 압축기에 공급되는 동력(P)과 압축 가스의 유동(Q)이 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 압축기(4)를 시운전하는 동안에, 압축기(4)의 전체 작동 영역에 걸쳐서, 해당 압축기(4)의 특성 데이터가 결정되고 메모리(19)에 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 압축기(4)의 전체 작동 영역에 걸쳐서 해당 압축기(4)의 특성 데이터를 결정하기 위하여, 상기 제어기(7)에는, 각 작동점에 대한 속도(n) 및 입구 압력(pin)의 대응 목표값(pset)을, 예를 들어 점증적 단계를 따라 설정함으로써, 전술한 작동 영역 내의 서로 다른 작동점들에서 압축기(4)가 연속적으로 작동하게 하는 프로그램이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 스크류 압축기에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 효율을 가능한 최고로 하거나 및/또는 SER을 가능한 최저로 하여, 공급원(1)으로부터의 전체 가용 가스 유동(Q)을 하류의 사용자들(3)의 네트워크(2)에 공급할 수 있게 하기 위하여, 가변 가용 유동(Q)을 갖는 공급원(1)으로부터 유래하는 가스의 공급에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 공급원(1)으로부터 유래하는 가스의 가용 유동(Q)의 함수로서 압축기(4)의 속도를 제어하기 위한 제어기로서, 상기 제어기(7)에는:
    - 압축기(4)의 입구(8)에서의 입구 압력(pin)을 나타내는 신호에 대한 입력(12);
    - 압축기(4)의 속도(n)를 나타내는 신호에 대한 입력(14);
    - 상기 입구 압력(pin)에 대하여 설정되는 목표값(pset); 및
    - 상기 입구 압력(pin)이 상기 설정된 목표값(pset)과 같을 때까지, 상기 입구 압력(pin)이 상기 입구 압력(pin)의 목표값(pset)보다 작은 경우에는 상기 속도(n)를 감소시키거나, 또는 상기 입구 압력(pin)이 상기 설정된 입구 압력의 목표값(pset)보다 큰 경우에는 상기 속도를 증가시키는 것을 통해, 압축기(4)의 속도(n)를 제어하는 알고리즘(18)
    이 마련되어 있고, 상기 제어기에는 또한:
    - 압축기(4)의 SER(비 에너지 요구량) 및/또는 효율과 관련된 압축기(4)의 특성 데이터가, 속도(n) 및 입구 압력(pin)의 함수로서 저장되어 있거나 또는 저장될 수 있는 메모리(19); 및
    - 상기 메모리(19) 내의 상기 특성 데이터에 기초하여 상기 입구 압력의 상기 목표값(pset)을 조정하는 추가 알고리즘(20)으로서, 이러한 방식으로 조정된 입구 압력(pin)의 목표값(pset)에서 상기 속도(n)의 제어를 한 후에, 압축기(4)의 효율이 최대이거나, 또는 SER이 최저인 것인 추가 알고리즘(20)이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 제어기.
  11. 제10항에 있어서, 압축기(4)를 사용하는 동안에 해당 압축기(4)의 상기 특성 데이터를 자동적으로 결정하고, 상기 특성 데이터를 그때그때 제어기(6)의 메모리(19)에 저장하는, 알고리즘(21)이 추가적으로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 제어기.
  12. 제11항에 있어서, 압축기(4)에 공급되는 동력(P)을 나타내는 신호에 대한 추가 입력(22)이 제공되고, 이로써 상기 신호들을 상기 알고리즘(22)이 사용하여, 상기 효율 및/또는 SER을 결정하며 상기 특성 데이터와 함께 상기 속도(n) 및 입구 압력(pin)의 함수로서 메모리(19)에 저장하거나 덮어쓰는 것을 특징으로 하는 제어기.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 각 작동점에 대한 속도(n) 및 입구 압력(pin)의 대응 목표값(pset)을, 예를 들어 점증적으로 설정함으로써, 압축기(4)의 작동 영역에 있어서의 서로 다른 작동점들에서 압축기(4)가 연속적으로 작동하게 하는 프로그램이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 제어기.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 제어기(7)가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
  15. 가변 가용 유동(Q)을 갖는 공급원(1)으로부터 유래하는 가스의 공급을 위한 압축기의 사용 방법으로서, 효율을 가능한 최고로 하거나 및/또는 SER을 가능한 최저로 하여, 공급원(1)으로부터의 전체 가용 가스 유동(Q)을 하류의 소비자들(3)의 네트워크(2)에 공급할 수 있게 하기 위하여, 제14항에 따른 압축기(4)를 사용하는 것을 특징으로 하는 사용 방법.
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